Le piante da fiore compaiono solo nei reperti fossili circa 100 milioni di anni fa, eppure comprendono il 90% del regno vegetale. Nel frattempo, circa il 75 per cento delle specie animali conosciute sono insetti. In Origine delle specie, Charles Darwin ha presentato una spiegazione per questa straordinaria diversità: l’impollinazione. Le piante e i loro impollinatori di insetti, ha ipotizzato, devono evolversi in congiunzione l’uno con l’altro in un processo che ha coniato “co-evoluzione” fino a quando non sbocciano in una serie abbagliante di forme.
Ma nel vasto mondo delle piante e dei loro impollinatori, c’era un esempio che Darwin considerava il “più meraviglioso caso di fertilizzazione mai pubblicato” in una lettera al botanico Joseph Dalton Hooker. Questo era il curioso caso dell’albero di Joshua e della falena di yucca.
Inizieremo con il Joshua tree, la pianta più iconica del deserto del Mojave. Con le sue fronde spinose e ciuffi bastonati sormontati da fiori pungenti e cerosi che si torcono verso il cielo del deserto, questo arbusto adattato al deserto ha una reputazione di ultraterreno. Chiunque passi attraverso il deserto ricorda il maestoso Joshua tree; il suo omonimo ha ispirato artisti, registi e molti soggiorni alla ricerca della trascendenza.
Pochi viaggiatori, tuttavia, cera poetica circa il suo partner evolutivo, la falena yucca. Il piccolo bug dun è inizialmente modesto, ma a un esame più attento, è una corrispondenza altrettanto extraterrestre per l’iconico Joshua tree. Invece di un normale boccaglio, sfoggia bizzarre fronde simili a tentacoli, uniche tra gli insetti, e servono uno scopo essenziale nell’ecosistema del deserto.
Senza nettare per attirare gli impollinatori, gli alberi di Joshua si affidano esclusivamente a questa falena senza pretese per l’impollinazione. Le falene yucca usano le loro appendici mascellari per raccogliere il polline dai fiori dell’albero di Joshua e depositarlo sulle parti femminili di ogni fiore mentre la falena si muove tra le fioriture. A sua volta, la falena depone le uova con il suo sottile ovopositore a forma di lama sui semi dei fiori.
Quando si schiudono, i bruchi della falena yucca mangiano i semi—la loro unica fonte di cibo—prima di strisciare a terra per formare bozzoli. E il ciclo ricomincia.
Secondo Christopher Smith, un biologo della Willamette University che studia le relazioni degli impollinatori, la relazione tra le falene di yucca e gli alberi di Joshua è diversa da qualsiasi altra cosa nel mondo naturale. Dovrebbe sapere: Smith ha studiato a lungo le diverse relazioni tra insetti e piante nel deserto. La sua precedente ricerca si è concentrata sui coleotteri cactus longhorn e sulle specie di piante spinose con cui interagiscono in tutto il deserto di Sonora. Ma niente, dice, è paragonabile all’albero di Joshua e alla falena di yucca.
La maggior parte degli impollinatori assiste accidentalmente le piante che impollinano. Api e uccelli rispolvereranno il polline mentre si nutrono del nettare di un fiore, diffondendolo di pianta in pianta mentre continuano la festa di un giorno. Non falene di yucca: poiché i loro bruchi dipendono dalla continua esistenza degli alberi di Joshua e dai loro gustosi semi, l’impollinazione della falena yucca è un atto attivo di sopravvivenza. Inoltre, questa partnership è in corso da milioni di anni.
Gli alberi di Joshua non solo forniscono ispirazione artistica: creano un supporto ambientale essenziale per l’ecosistema del deserto senza compromessi. Questi arbusti orribilmente belli forniscono cibo e riparo per gli animali nelle boscaglie del Mojave, dove le risorse sono notoriamente scarse. Durante la primavera, i suoi fiori sono una delle uniche fonti di cibo umido disponibili per insetti, corvi e scoiattoli di terra.
Eppure oggi, la loro lunga collaborazione potrebbe essere in pericolo di rottura, poiché l’habitat naturale del Joshua tree deve affrontare nuove minacce.
La falena giusta per il lavoro
Ci sono due tipi distinti di alberi di Joshua, divisi dai bassi bacini interni della Valle della Morte e dal deserto di Amargosa: gli alberi di Joshua orientali (Yucca brevifolia jaegeriana), cespugliosi e a foglia corta, e gli alberi di Joshua occidentali arborei e a foglia lunga (Y. b. brevifolia). I due sono così diversi, gli scienziati hanno persino sostenuto la suddivisione di Yucca brevifolias in due specie. Ma quale ragione evoluzionaria è responsabile di questa divergenza?
Questa, dice Smith, è la ” domanda multimilionaria.”
Le falene possono contenere la risposta. Gli ecologi credevano a lungo che una specie di falena yucca (Tegeticula synthetica) impollinasse entrambi i tipi di alberi di Joshua. Ma nel 2003, un team di scienziati ha scoperto che una falena yucca geneticamente distinta (T. antitetica) impollina esclusivamente gli alberi orientali. Come gli stessi alberi di Joshua, questa falena era più corta della sua controparte occidentale. Ancora più inquietante, la differenza nella distanza tra lo stigma e l’ovulo tra i due tipi di alberi era la stessa della differenza nelle dimensioni del corpo, dalla testa all’addome, tra le due falene.
“Ho pensato: ‘Non può essere una coincidenza’”, dice Smith.
Per determinare se la co-evoluzione ha portato a questa speciazione sospetta, Smith ha guidato un team di scienziati cittadini nel 2013 e nel 2014 per raccogliere dati morfologici nell’unico punto in cui le due specie di alberi di Joshua e le loro falene corrispondenti vivono in armonia: Tikaboo Valley.
Smith e il suo team hanno osservato che le falene yucca depositano le loro uova in modo più efficiente nei loro corrispondenti alberi Joshua, e gli alberi Joshua a loro volta forniscono più spazio per le uova quando impollinate dalla falena preferita. I risultati preliminari di Smith mostrano anche che le falene si riproducono con maggiore successo quando la loro dimensione corporea corrisponde alla dimensione del gambo tra lo stigma del fiore e l’ovaio, noto come lo stile.
Sebbene le falene impollinino fiori i cui stili sono troppo lunghi, non depongono quasi mai con successo le uova che si schiudono in bruchi. Quando gli stili sono troppo corti, le falene possono danneggiare i fiori con il loro ovopositore.
Smith sottolinea che queste corrispondenze non dimostrano necessariamente la co-evoluzione. Gli alberi di Joshua potrebbero evolversi in reazione a qualcosa nei loro ambienti naturali, e le falene potrebbero rispondere, il che dimostra l’evoluzione, come una specie cambia in risposta agli stress ambientali (e poi l’altra si evolve in risposta alla prima specie che risuona)—ma non co-evoluzione, dove entrambe le specie cambiano reciprocamente in risposta l’una all’altra.
Per rimuovere il potenziale di casualità, Smith ora prevede di mappare il genoma degli alberi Joshua attraverso una collaborazione chiamata the Joshua Tree Genome Project, lanciato lo scorso marzo da Smith e altri sei scienziati e finanziato attraverso una combinazione di crowdsourcing e il sostegno dal deserto vivente. A parte la ricerca di Smith, uno degli obiettivi principali del progetto è quello di identificare i geni che sono coinvolti nell’adattamento del Joshua tree al clima al fine di pianificare la prossima crisi climatica.
Una volta che avrà i genomi dei due alberi di Joshua, Smith li confronterà con i genomi di piante ben studiate per determinare quali geni corrispondono alla morfologia dei fiori, alla lunghezza dei rami e ad altre caratteristiche. Da lì, può confrontare i genomi delle due specie di alberi di Joshua e determinare la variazione media tra i loro alleli—sthat è, la variazione dovuta all’evoluzione. I geni che mostrano variazioni drammatiche rispetto a questa linea di base sono contrassegnati per la selezione naturale.
Una parte fondamentale di questa strategia potrebbe essere nella sua relazione con le falene yucca. La ricerca dimostra già che le differenze nella lunghezza dell’ovopositore e nelle dimensioni del corpo nei genomi delle tarme yucca sono più pronunciate, suggerendo che la selezione naturale ha guidato la discrepanza. Smith spera di trovare lo stesso per la morfologia dei fiori di Joshua tree.
Correre l’orologio
Ma il tempo potrebbe esaurirsi. Gli alberi di Joshua sono criticamente minacciati dai cambiamenti climatici: poiché il clima riscaldante evapora l’acqua preziosa dal suolo e la frequenza della pioggia diminuisce, le piantine di Joshua tree hanno meno probabilità di sopravvivere a prolungate stagioni di siccità rispetto alle loro controparti adulte.
“Un sacco di volte in cui le persone guardano un posto come Joshua Tree National Park dove si vedono molti alberi maturi, pensano che sembra sano”, dice Cameron Barrows, ecologo presso il Center for Conservation Biology presso l’Università della California a Riverside. “Ma se non vedi i giovani, significa che la specie non si sta sostituendo.”
Man mano che le piantine di Joshua tree sopravvivono e maturano, la popolazione diminuisce, e così anche la diversità del deserto. Poiché il Joshua tree è una specie chiave di volta nel Mojave, un certo numero di diversi insetti, lucertole e uccelli perderanno importanti fonti di habitat in, sopra e sotto i loro rami.
Secondo i modelli climatici di Barrows, il deserto del Mojave potrebbe perdere fino al 90% degli alberi di Joshua prima della fine del secolo. Anche negli scenari peggiori, ci sono macchie Barrows chiamate “refugia” dove gli alberi di Joshua potrebbero propagarsi e prosperare – se rimangono alla larga da erbacce invasive e incendi – ma la gamma si sta riducendo considerevolmente.
Come molti organismi, gli alberi di Joshua stanno migrando in risposta al riscaldamento dei loro habitat facendo cadere i loro semi più a nord. In questo momento, le piantine crescono entro 100 metri dalle loro piante madri; per raggiungere aree abbastanza fresche da sopravvivere, potrebbe essere necessario spostarsi per migliaia di miglia. I semi dell’albero di Joshua devono ancora dimostrare la capacità di diffondersi così rapidamente.
Forse più essenzialmente, nessuno dei due ha falene yucca. “Non abbiamo idea di come la falena yucca potrebbe reagire a muoversi migliaia di miglia a nord”, ammette Smith. A causa della breve durata della vita della falena yucca e della breve interazione con gli alberi di Joshua, è difficile studiare come reagiranno a tali cambiamenti nei loro ambienti. Senza i loro soli impollinatori, gli alberi di Joshua periranno indipendentemente dal fatto che i loro semi possano fare il viaggio.
Comprendere queste relazioni simbiotiche diventa ancora più essenziale quando si sviluppano strategie per rispondere ai cambiamenti climatici. Alcuni scienziati hanno suggerito di spostare fisicamente le specie minacciate dai cambiamenti climatici, ma questo potrebbe disturbare sistemi che non sono ancora completamente compresi.
“Spesso, i biologi della conservazione pensano alle comunità di massa come statiche”, dice Smith. “Nel fare strategie di conservazione, dobbiamo pensare non solo a come è il sistema oggi, ma a come cambierà il sistema in futuro in risposta al mondo che cambia.”
Una cosa è certa: la perdita del Joshua tree altererebbe drasticamente l’immagine del deserto del Mojave nella coscienza collettiva. Ora il destino di questi alberi—e la nostra capacità di difenderli—riposa nelle bocche di una piccola falena grigia.